空竹型负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能研究

由于负泊松比蜂窝结构具备高比刚度、优良吸能特性等优点,近年来受到众多学者的关注。基于内凹六边形负泊松比结构,提出一种空竹型负泊松比蜂窝结构。运用一维冲击理论推导出结构的冲击临界速度。通过有限元ABAQUS/EXPLICIT对结构进行面内冲击响应特性分析,结果表明：与传统的内凹六边形结构相比,空竹型蜂窝结构具有更高的平台应力和比吸能,提高了结构的耐撞性和能量吸收能力;给出了不同冲击速度和结构参数对空竹型蜂窝平台应力与比吸能的影响规律。研究结果可为负泊松比蜂窝结构在实际工程中应用提供设计指导。     

冲击载荷下箭头型负泊松比蜂窝结构动态吸能性能研究

以箭头型负泊松比蜂窝结构为研究对象,在已有的冲击载荷下蜂窝结构平台应力理论模型的基础上,着重考虑平台区和平台应力增强区,建立了其受冲击载荷时吸收能量的理论模型,得到了其在冲击载荷下不同阶段吸收能量及对应等效应力大小与几何参数的关系.基于ANSYS仿真软件模拟了在冲击载荷作用下,箭头型负泊松比蜂窝结构的吸能和应力情况,对...     

弧边内凹蜂窝负泊松比结构的面内冲击动力学数值研究

该文数值研究了一种可变弧边内凹多胞蜂窝负泊松比结构的面内冲击动力学性能,讨论了胞元弧角和冲击速度对结构的变形失效模式、动力响应曲线、能量吸收特性和平台应力特征的影响。研究表明:冲击过程结构中出现旋转位移,胞元发生扭曲变形;结构变形受胞元弧角的影响,胞元弧角取值不同时结构具有不同的面内冲击失效模式;冲击过程中应力-应变曲线包括初始阶段、稳定阶段和锁定阶段,最终结构进入密实化阶段;结构的体能量吸收值和平台应力受冲击速度和胞元弧角的影响显著。     

内凹-星型三维负泊松比结构设计及冲击吸能特性

负泊松比结构因其反常的变形机制在缓冲吸能领域具有可观的应用前景。该文设计并表征了一种参数可调的新型负泊松比结构。采用理论和数值模拟相结合的研究手段,系统地研究了结构的静/动态力学性能和吸能特性。研究结果表明：新结构具有较好的力学性能和参数可调性;在静态压缩条件下,新型蜂窝结构具有更高的刚度和更优异的吸能性能,其比吸能值是内凹型蜂窝结构的2.64倍,是星型蜂窝结构的3.89倍;在动态冲击条件下,内凹-星型结构的吸能性能在低速时优于两种传统蜂窝结构(内凹和星型),在中高速时其吸能优势有所退化,与内凹型蜂窝结构相当,但远高于星型蜂窝结构。     

新型十字形负泊松比蜂窝结构的抗冲击性能

负泊松比力学超材料具有高可设计性、轻量化以及抗冲击方面的优势,引起学者们的关注,对内凹六边形结构、手性结构等经典构型进行了广泛研究。提出了一种新型的十字形负泊松比蜂窝结构,基于能量法对该结构泊松比的解析式进行了推导,所得解析解与有限元结果吻合良好,证明了推导方法的有效性;针对不同冲击速度和不同杆长比例系数的十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线以及能量吸收特性进行了研究。结果表明:杆长比例系数越小,泊松比越小;冲击速度和杆长比例系数会影响十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线和平台应力;十字形蜂窝结构的体吸能在中速冲击下会随应变增大出现增长加快现象,而高速冲击下体吸能增长趋势不再随应变增大出现加快但呈现出规律的波浪形增长。     

浮冰碰撞下蜂窝金属夹芯板动态响应研究EI北大核心CSCD

采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合混凝土冰材料数值模型,建立了楔形冰碰撞下蜂窝金属夹芯板动态响应数值仿真模型,得到了碰撞过程的冲击力时间曲线和冲击力位移曲线、蜂窝金属夹芯板的变形以及冲击能量分配情况,并开展了楔形冰-蜂窝金属夹芯板碰撞冲击试验验证。研究结果表明,楔形冰碰撞下蜂窝金属夹芯板上面板表现为局部凹陷与整体弯曲的耦合变形模式,下面板表现为整体弯曲变形模式,冲击能量转化为蜂窝金属夹芯板的变形能和楔形冰的回弹动能以及冰体破碎耗散能量,数值仿真与试验结果吻合较好,验证了数值计算模型的准确性。在此基础上,研究了浮冰碰撞冲击位置以及蜂窝芯层厚度对其动态响应及能量分配的影响规律。     

零泊松比蜂窝芯等效弹性模量研究EI北大核心CSCD

采用柔性悬臂梁模型和欧拉梁模型分别对零泊松比蜂窝芯斜壁板大变形条件下的弯曲变形和蜂窝芯横壁板小变形条件下的变形进行分析,推导出了零泊松比蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式,并将理论计算结果和有限元仿真及力学模型实验进行对比分析。结果表明:理论计算公式正确、有效;零泊松比蜂窝芯大变形方向等效弹性模量具有明显的非线性特征;等效弹性模量的计算应根据受力方向及应变大小选择相应的计算公式进行计算;壁板之间的夹角θ对等效弹性模量的影响很大,零泊松比蜂窝结构参数可设计性较强。     

倾斜荷载下内凹三角形负泊松比材料的面内冲击动力学性能

倾斜荷载在汽车碰撞事故中无法避免,严重影响多胞材料的力学响应。以内凹三角形负泊松比材料为研究对象,通过显式动力有限元软件LS-DYNA具体分析了冲击倾角(0°~10°)与冲击速度(20~70 m/s)对内凹三角形负泊松比材料面内冲击的变形模态和动力响应的影响,并构造了完整的变形模式分类图。引入最佳承载角的概念,当冲击倾角β=4°时,诱发了稳定有序的变形模式,使得抵抗变形的形式主要以结构胞壁的压缩与弯曲为主,平台应力值与吸能值得到了较大的提升,进一步发挥了结构的抗承载能力,甚至超过了理想的轴向冲击工况。这一特征与六边形蜂窝结构有所不同,对汽车吸能构件的设计具有重要的指导意义。     

多弧段曲边内凹蜂窝可调泊松比结构的力学性能研究

该文提出一种多弧段曲边内凹可调泊松比新型胞元。通过调整弧角,可以设计得到正泊松比、零泊松比和负泊松比的胞元结构。利用能量法求得结构的等效泊松比与等效弹性模量解析表达式,所得结果与有限元结果吻合较好。基于提出的新型胞元构建多胞蜂窝结构,利用数值方法讨论了低速和高速冲击作用下,正泊松比、零泊松比和负泊松比结构的冲击变形失效行为与单位质量能量吸收率。研究发现：低速冲击时,三种泊松比(正/零/负)结构的局部变形不同;高速冲击时,惯性效应使局部变形集中在冲击端,三种泊松比(正/零/负)结构的胞元变形模式不同。不论低速还是高速冲击,负泊松比结构都表现出优异的吸能效果。随着壁厚的增加,结构的吸能效果显著增强。     

正弦曲边负泊松比蜂窝结构面内冲击性能研究

提出了一种引入正弦函数曲线的负泊松比蜂窝结构,通过改变振幅、胞壁厚度等微结构几何参数,建立了参数化的正弦曲线负泊松比蜂窝结构模型.研究了冲击速度和微结构几何参数对正弦曲线蜂窝结构面内冲击变形模式、动态响应和吸能特性的影响.研究表明:正弦曲线负泊松比蜂窝结构的面内冲击性能主要与其振幅、壁厚以及冲击速度有关.中低速冲击时,...     

内凹弧形蜂窝夹芯板低速弹道冲击试验与数值仿真

面向弹道冲击防护,设计制备了1060铝合金材质的内凹弧形(re-entrant circular, REC)和传统内凹(re-entrant, RE)六边形蜂窝夹芯板。采用钢质圆柱弹低速冲击试验结合有限元数值仿真,研究对比了两类蜂窝夹芯板的低速弹道冲击动态响应与防护性能。进而,利用经验证的有限元模型,仿真分析着靶速度对两类蜂窝夹芯板的低速弹道冲击最大永久压缩量、局部泊松比值和各部件吸能占比的影响。最后,分析了REC蜂窝胞元的圆弧胞壁半径、胞元长度等结构参数对夹芯板低速弹道冲击响应的影响。结果表明：相比RE蜂窝,REC蜂窝夹芯板在相同弹道冲击载荷下最大永久压缩量更小,抗弹性能更优,并且低速下优势更显著;随着胞元长度和圆弧胞壁半径减小,REC蜂窝夹芯板的抗弹性能可进一步提升。     

聚脲涂覆三维负泊松比点阵夹层结构在碰撞冲击作用下的动态响应试验

针对四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层结构在有无聚脲涂覆两种情况下的抗冲击力学性能进行了研究.采用增材制造方法制作负泊松比点阵结构,通过长直杆冲击试验得到负泊松比点阵夹层结构在碰撞载荷作用下的变形过程、吸能特性和破坏模式.试验结果表明:涂覆聚脲可使该型负泊松比点阵夹层结构提高17％以上的总吸能,增强结构的整体抗冲击能力,...     

负泊松比材料和结构的研究进展

该文提出一种多弧段曲边内凹可调泊松比新型胞元。通过调整弧角,可以设计得到正泊松比、零泊松比和负泊松比的胞元结构。利用能量法求得结构的等效泊松比与等效弹性模量解析表达式,所得结果与有限元结果吻合较好。基于提出的新型胞元构建多胞蜂窝结构,利用数值方法讨论了低速和高速冲击作用下,正泊松比、零泊松比和负泊松比结构的冲击变形失效行为与单位质量能量吸收率。研究发现：低速冲击时,三种泊松比(正/零/负)结构的局部变形不同;高速冲击时,惯性效应使局部变形集中在冲击端,三种泊松比(正/零/负)结构的胞元变形模式不同。不论低速还是高速冲击,负泊松比结构都表现出优异的吸能效果。随着壁厚的增加,结构的吸能效果显著增强。     

负泊松比内凹环形蜂窝结构的冲击响应特性研究

为了降低最大峰值应力和维持良好的冲击载荷一致性,在内凹六边形蜂窝(CHH)的基础上,基于机械超材料的设计理念,提出了一种新型负泊松比内凹环形蜂窝(RCH)结构模型。利用显式动力有限元方法,研究了面内冲击载荷作用下胞元微结构对该内凹环形蜂窝材料的变形行为、动态冲击应力和能量吸收特性的影响。研究结果表明:除了冲击速度和相对密度,内凹环形蜂窝结构的冲击动力学响应还依赖于胞元微结构;在中低速冲击作用下,内凹环形蜂窝亦表现出明显的负泊松比效应;与传统内凹六边形蜂窝不同,在相同冲击速度下,内凹环形蜂窝的最大峰值应力明显降低,并且具有良好的冲击载荷一致性;基于一维冲击波理论,还给出了内凹环形蜂窝材料的动态平台应力经验公式,理论计算结果和有限元结果吻合较好。     

负泊松比材料的结构与性能

介绍了负泊松比材料的种类、性能、用途、微观结构、测试手段及应用前景,重点阐述了负泊松比材料的微观结构及其所具有的特殊性能。     

船舶宏观负泊松比蜂窝夹芯隔振器优化设计

对新型宏观负泊松比蜂窝夹芯船舶隔振器形状及尺寸设计方法进行研究,探讨蜂窝形状参数及壁厚对整体隔振性能影响。建立负泊松比蜂窝夹芯隔振器动力学分析有限元模型,给出蜂窝胞元壁厚、胞元宽度尺寸、胞元高度尺寸对隔振器结构应力、固有频率、底部振级及振级落差影响曲线;建立以蜂窝胞元壁厚、胞元宽度尺寸、胞元高度尺寸为设计变量的蜂窝夹芯隔振器动力学优化模型。结果证明了形状参数影响曲线的有效性,可为负泊松比蜂窝隔振器设计提供指导。     

泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能实验研究EI北大核心CSCD

对泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能及其影响规律进行了试验研究。将不同密度的聚氨酯泡沫以不同填充方式填充入不同边长的蜂窝胞元中,以不同的压缩速率对上述泡沫填充型蜂窝纸板进行准静态压缩试验,结果发现:蜂窝胞元边长显著影响泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能,初始峰值应力和平台应力均随着胞元边长的增大而减小;当使用低密度(高发泡倍率)的泡沫填充蜂窝纸板时,初始峰值应力和平台应力均优于高密度(低发泡倍率)泡沫填充型蜂窝纸板;部分填充和完全填充的泡沫填充型蜂窝纸板相对于未填充的蜂窝纸板的平台应力和吸能性能均有大幅提升,不但降低了初始峰值应力,还提高了平台应力,对面外压缩性能和缓冲性能改善明显;在2 mm/min^50 mm/min的压缩速率区间内,泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能受压缩速率的影响不显著。本文的研究成果可为蜂窝纸板的合理使用及多目标优化提供依据。     

圆形蜂窝结构异面冲击性能研究

目的 为了分析圆形蜂窝芯材的缓冲特性,对圆形蜂窝芯材的异面冲击性能进行深入研究.方法 考虑到试验法的局限性,利用有限元仿真模拟的方法,研究不同排列方式下(规则和交错)壁厚和冲击速度对圆形蜂窝异面冲击性能的影响,软件选用Ansys/LS-DYNA.结果 将基于阵列和特征单元的有限元模型与理论值进行对比,两者显示了一致的吻合性,证明了模型的可靠性.结论 数据分析表明,圆形蜂窝的异面平均平台应力随着冲击速度和壁厚的增加而增加.在给定冲击速度下,圆形蜂窝异面比能量吸收能力与壁厚和排列方式有关.在单元结构参数一定的情况下,交错排列的圆形蜂窝比能量吸收能力大于规则排列的圆形蜂窝;随着壁厚的增加,圆形蜂窝异面能量吸收能力会逐步增加.     

梯度结构设计对三元乙丙橡胶发泡材料性能的影响EI北大核心CSCD

改变过氧化二异丙苯(DCP)用量制备不同发泡密度的三元乙丙橡胶(EPDM)发泡材料,并且通过叠层法制备发泡密度沿厚度方向呈梯度变化的EPDM梯度发泡材料。考察了发泡密度和梯度结构设计对EPDM混炼胶的硫化发泡特性、硫化胶的泡孔微观形态、力学性能、压缩应力-应变性能以及能量吸收特性的影响。结果表明,随着DCP用量的增大,发泡材料密度增大,发泡倍率降低,力学性能得以改善。与发泡密度最低的最外层均质发泡EPDM材料相比,梯度发泡材料的拉伸强度和100%定伸应力提高,断裂伸长率下降,压缩弹性模量增大。梯度结构设计影响发泡材料吸能值和能量吸收效益达到最优的极值。因此,梯度发泡材料在合适的应力范围内可以不牺牲力学性能,同时获得最大的吸能能力。     

蜂窝纸板异面动态冲击性能的实验分析

目的以六边形蜂窝纸板为研究对象,研究厚度对其异面冲击性能的影响。方法通过动态冲击实验来分析接触力、最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能与单位厚度冲击能之间的关系,研究厚度为30,40,50和60 mm等4种蜂窝纸板的异面冲击力学性能。结果当冲击能一定时,随着蜂窝纸板厚度的增加,接触力逐渐减小,接触时间逐渐变长;当单位厚度冲击能一定时,厚度与最大位移和吸收能成正比例关系,厚度与接触力、最大接触力、最大应变成反比例关系;对于任一厚度的蜂窝纸板,最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能随单位厚度冲击能的增加而增加,且与其呈线性关系。结论当冲击能相同时,不同厚度蜂窝纸板的吸收能几乎相同,可知蜂窝纸板吸收能量的能力与蜂窝纸板的厚度无关,取决于冲击能量的大小。